DE102018216324B4 - Oxidationskatalysatorvorrichtung und Katalysatorsystem zur Abgasreinigung - Google Patents

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Abstract

Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung, die ein Substrat (5) und eine erste bis eine dritte Katalysatorbeschichtungsschicht (1, 2, 3) auf dem Substrat (5) aufweist, wobeiDie erste Katalysatorbeschichtungsschicht (1) auf der stromaufwärtigen Seite des Abgasstroms vorhanden ist, die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht (2) in einer oberen Schicht auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms vorhanden ist und die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht (3) in einer unteren Schicht auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms vorhanden ist,die erste Katalysatorbeschichtungsschicht (1) Platin und Palladium enthält und ein Verhältnis WPt1/WPd1des Gewichts des Platins WPt1zu dem Gewicht des Palladiums WPd1größer als 0,75 und kleiner als 4,50 ist,die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht (2) Platin und Palladium enthält und das Verhältnis WPt2/WPd2des Gewichts des Platins WPt2zu dem Gewicht des Palladiums WPd2größer als 4,50 und kleiner als 25,0 ist,die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht (3) mindestens Palladium enthält und das Verhältnis WPt3/WPd3des Gewichts des Platins WPt3zu dem Gewicht des Palladiums WPd30,12 oder weniger beträgt,die Länge (L1) der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 8 % bis 55 % der Länge (d) des Substrats (5) beträgt,die Länge (L2) der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 45 % bis 95 % der Länge (d) des Substrats (5) beträgt unddie Länge (L3) der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 45 % bis 95 % der Länge (d) des Substrats (5) beträgt.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung.
  • Hintergrund
  • Die Abgase, die von Automobilen und anderen Verbrennungsmotoren emittiert werden, enthalten Komponenten wie zum Beispiel Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx). Verschiedene Arten von Katalysatortechnologien wurden untersucht, um diese Komponenten zu reinigen.
  • Ein bekanntes Beispiel eines Katalysatorsystems zum Reinigen der Abgase, die von Dieselmotoren ausgestoßen werden, ist ein Katalysatorsystem, das eine Vorrichtung mit einem Dieseloxidationskatalysator (DOC) und eine Vorrichtung mit einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR) kombiniert. In diesem Katalysatorsystem werden die HC gereinigt, indem sie durch den DOC zu Wasser (H2O) und zu Kohlendioxid (CO2) oxidiert werden, und das CO wird gereinigt, indem es durch den DOC zu Kohlendioxid (CO2) oxidiert wird, während die NOx (welche hauptsächlich aus Stickstoffoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) bestehen) durch eine Reduktion zu Stickstoff (N2) unter Verwendung eines Reduktionsmittels wie zum Beispiel Harnstoff durch den SCR gereinigt werden, nachdem ein Teil des NO zuerst durch den DOC zu NO2 oxidiert worden ist. Bei dieser SCR ist es bekannt, dass die Geschwindigkeit der NOx-Reduktionsreaktion schnell ist, wenn äquimolare Mengen an NO und NO2 vorhanden sind.
  • Verschiedene Untersuchungen sind an dem DOC, das in diesem Katalysatorsystem verwendet wird, durchgeführt worden, um die Effizienz der Oxidation der HC, des CO und des NO zu verbessern.
  • Zum Beispiel ist die in der PTL 1 beschriebene Vorrichtung zur Reinigung von Dieselabgas mit einer in Zonen aufgeteilten Anordnung von Katalysatoren versehen, die einen auf einem Trägersubstrat angeordneten ersten Oxidationskatalysator als einen vorderen Katalysator und einen unmittelbar dahinter in Richtung der Abgasströmung auf diesem Trägersubstrat angeordneten zweiten Oxidationskatalysator als einen hinteren Katalysator aufweist. Die Trägerbasis ist ein Durchflusssubstrat und der erste und der zweite Oxidationskatalysator enthalten Palladium und Platin in der katalytisch aktiven Beschichtung davon. Die gesamte Mengen an Platin und an Palladium in dem vorderen Katalysator betragen jeweils 30 g/ft3 bis 250 g/ft3, was höher als die des hinteren Katalysators von 5 g/ft3 bis 100 g/ft3 ist und das Verhältnis von dem Pt zu dem Pd in dem vorderen Katalysator ist niedriger als das bei dem hinteren Katalysator.
  • Die PTL 2 beschreibt ein Oxidationskatalysatorverbundmaterial zum Verringern von Abgasemissionen von mager verbrennenden Motoren, das ein Trägersubstrat mit einer Länge, ein Einlassende und ein Auslassende und ein Katalysatormaterial eines Oxidationskatalysators auf diesem Träger enthält, wobei das Katalysatormaterial des Oxidationskatalysators einen ersten Washcoat, das einen Zeolith, ein Pt und einen ersten feuerfesten Mn enthaltenden Metalloxidträger enthält, einen zweiten Washcoat, das einen zweiten hochschmelzenden Metalloxidträger und eine PlatinKomponente (Pt) und eine Palladium-Komponente (Pd) enthält, die ein Verhältnis von dem Pt zu dem Pd in einem Bereich von etwa 10 zu 1 bis 1 zu 10 aufweisen, und einen dritten Washcoat aufweist, das Palladium und eine Seltenerdoxidkomponente enthält, aber das im Wesentlichen kein Platin enthält, und zur Reduktion von vorhandenen Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid im Abgas von Magermotoren und zur Oxidation von NO zu NO2 wirksam ist. In der PTL 2 wird erläutert, dass eine beliebige Anordnung für die Anordnung der ersten bis dritten Washcoats auf dem Trägersubstrat verwendet werden kann.
  • Die DE 10 2014 110 701 A1 offenbart einen Oxidationskatalysator zum Behandeln eines Abgases aus einem Dieselmotor, der die folgenden Bestandteile umfasst: ein Substrat; eine auf dem Substrat angeordnete erste Washcoatregion, wobei die erste Washcoatregion ein erstes Platingruppenmetall und ein erstes Trägermaterial umfasst; eine zu der ersten Washcoatregion benachbarte zweite Washcoatregion, wobei die zweite Washcoatregion ein zweites Platingruppenmetall und ein zweites Trägermaterial umfasst; eine auf dem Substrat angeordnete dritte Washcoatregion, wobei die dritte Washcoatregion ein drittes Platingruppenmetall und ein drittes Trägermaterial umfasst, und wobei entweder die dritte Washcoatregion zu der zweiten Washcoatregion benachbart ist oder die zweite Washcoatregion auf der dritten Washcoatregion angeordnet oder geträgert ist.
  • Liste der Anführungen
  • Patentliteratur
    • [PTL 1] Japanisches Patent JP 5 959 530 B2
    • [PTL 2] Japanische Übersetzung JP 2017 - 501 032 A1 der internationalen Anmeldung WO 2015 - 095 058 A1
  • Zusammenfassung
  • Technische Aufgabe
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung bereitzustellen, die eine ausreichend hohe Effizienz der Oxidation in Bezug auf die Gesamtheit von HC, CO und NO zeigt.
  • Lösung der Aufgabe
  • Die vorliegende Erfindung ist wie nachstehend angegeben.
  • (1) Eine Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung, die ein Substrat und eine erste bis eine dritte Katalysatorbeschichtungsschicht auf dem Substrat aufweist, wobei:
    • die erste Katalysatorbeschichtungsschicht auf der stromaufwärtigen Seite des Abgasstroms vorhanden ist, die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht in einer oberen Schicht auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms vorhanden ist und die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht in einer unteren Schicht auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms vorhanden ist,
    • die erste Katalysatorbeschichtungsschicht Platin und Palladium enthält, und das Verhältnis WPt1/WPd1 des Gewichts des Platins WPt1 zu dem Gewicht des Palladiums WPd1 größer als 0,75 und kleiner als 4,50 ist,
    • die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht Platin und Palladium enthält und das Verhältnis WPt2/WPd2 des Gewichts des Platins WPt2 zu dem Gewicht des Palladiums WPd2 größer als 4,50 und kleiner als 25,0 ist,
    • die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht mindestens Palladium enthält und das Verhältnis WPt3/WPd3 des Gewichts des Platins WPt3 zu dem Gewicht des Palladiums WPd3 0,12 oder weniger beträgt,
    • die Länge der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 8 % bis 55 % der Länge des Substrats beträgt,
    • die Länge der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 45 % bis 95 % der Länge des Substrats beträgt und
    • die Länge der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 45 % bis 95 % der Länge des Substrats beträgt.
  • (2) Die Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung, die oben in (1) beschrieben ist, wobei das Substrat über die gesamte Länge von mindestens einer von der ersten bis zu der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht bedeckt ist.
  • (3) Die Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung, die in (1) oder (2) oben beschrieben ist, die einen geschichteten Bereich aufweist, in dem die erste Katalysatorbeschichtungsschicht und mindestens eine von der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht und der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht geschichtet sind, und wobei die erste Katalysatorbeschichtungsschicht die obere Schicht in dem geschichteten Bereich ist.
  • (4) Die Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung, die in einem der Punkte (1) bis (3) oben beschrieben ist, wobei die Länge der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 10 % bis 50 % der Länge des Substrats beträgt,
    • die Länge der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 50 % bis 90 % der Länge des Substrats beträgt und
    • die Länge der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 50 % bis 90 % der Länge des Substrats beträgt.
  • (5) Die Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung, die in einem der Punkte (1) bis (4) oben beschrieben ist, wobei das Verhältnis WPt1/WPd1 des Gewichts des Platins WPt1 zu dem Gewicht des Palladiums WPd1 in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht größer als 1,00 und kleiner als 4,00 ist,
    das Verhältnis WPt2/WPd2 des Gewichts des Platins WPt2 zu dem Gewicht des Palladiums WPd2 in der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht größer als 5,00 und kleiner als 20,0 ist und
    das Verhältnis WPt3/WPd3 des Gewichts des Platins WPt3 zu dem Gewicht von Palladium WPd3 in der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 0,10 oder weniger beträgt.
  • (6) Die Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung, die in einem der Punkte (1) bis (5) oben beschrieben ist, wobei die Summe des Gewichts des Platins und des Gewichts des Palladiums in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht größer als die Summe des Gewichts des Platins und des Gewichts des Palladiums in der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht und der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht ist.
  • (7) Die Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung, die in einem der Punkte (1) bis (6) oben beschrieben ist, wobei das Platin und das Palladium in der ersten bis zu der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht auf Teilchen von einer oder mehreren Arten der Oxide getragen werden, die aus den Oxiden von Al, Si, Ce und Zr ausgewählt worden sind.
  • (8) Die Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung, die in einem der Punkte (1) bis (7) oben beschrieben ist, wobei die erste bis dritte Katalysatorbeschichtungsschicht Teilchen eines oder mehrerer Arten der Oxide enthält, die aus den Oxiden von Al, Si, Ce und Zr ausgewählt worden sind, auf denen das Platin und das Palladium nicht getragen werden.
  • (9) Ein Katalysatorsystem zur Abgasreinigung, das die Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung, die oben unter einem der Punkte (1) bis (8) beschrieben wurde, und eine Vorrichtung für eine selektive katalytische Reduktion zur Abgasreinigung auf der stromabwärtigen Seite des Abgasflusses davon enthält.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung bereitgestellt, die eine ausreichend hohe Effizienz der Oxidation in Bezug auf HC, CO und NO zeigt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • Die 1 ist eine schematisches Querschnittsdarstellung, die ein Beispiel der Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • Die 2(a) ist ein schematisches Querschnittsdarstellung, das die Konfiguration einer in den Beispielen 1 bis 6 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 7 hergestellten Katalysatorvorrichtung zeigt, während die 2(b) eine schematische Querschnittsdarstellung ist, die die Konfiguration der Katalysatorvorrichtung zeigt, die bei den Vergleichsbeispielen 8 und 9 hergestellt worden sind..
    • Die 3 (a) bis 3 (d) sind schematische Querschnittsdarstellungen, die die Konfigurationen von den Katalysatorvorrichtungen zeigen, die jeweils bei dem Vergleichsbeispiel 10, dem Beispiel 7, dem Beispiel 8 und dem Vergleichsbeispiel 11 worden sind.
    • Die 4(a) bis 4(d) sind schematische Querschnittsdarstellungen, die die Konfigurationen von den Katalysatorvorrichtungen zeigen, die jeweils bei dem Vergleichsbeispiel 12, dem Beispiel 9, dem Beispiel 10 und dem Vergleichsbeispiel 13 hergestellt worden sind.
    • Die 5(a) bis 5(d) sind schematische Querschnittsdiagramme, die die Konfigurationen von den Katalysatorvorrichtungen zeigen, die jeweils bei dem Vergleichsbeispiel 14, dem Beispiel 11, dem Beispiel 12 und dem Vergleichsbeispiel 15 hergestellt worden sind.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • « Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung »
  • Die Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung der vorliegenden Erfindung ist eine Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung, das ein Substrat und erste bis dritte Katalysatorbeschichtungsschichten auf diesem Substrat aufweist, wobei
    die erste Katalysatorbeschichtungsschicht auf der stromaufwärtigen Seite des Abgasstroms vorhanden ist, die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht in einer oberen Schicht auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms vorhanden ist, und die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht in einer unteren Schicht auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms vorhanden ist,
    die erste Katalysatorbeschichtungsschicht Platin und Palladium enthält, und das Verhältnis WPt1/WPd1 des Gewichts des Platins WPt1 zu dem Gewicht des Palladiums WPd1 größer als 0,75 und kleiner als 4,50 ist,
    die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht Platin und Palladium enthält und das Verhältnis WPt2/WPd2 des Gewichts des Platins WPt2 zu dem Gewicht des Palladiums WPd2 größer als 4,50 und kleiner als 25,0 ist,
    die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht mindestens Palladium enthält und das Verhältnis WPt3/WPd3 des Gewichts des Platins WPt3 zu dem Gewicht des Palladiums WPd3 0,12 oder weniger beträgt,
    die Länge der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 8 % bis 55 % der Länge des Substrats beträgt,
    die Länge der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 45 % bis 95 % der Länge des Substrats beträgt und
    die Länge der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 45 % bis 95 % der Länge des Substrats beträgt.
  • Die Länge der ersten bis dritten Katalysatorbeschichtungsschicht bezieht sich auf die Länge in der Richtung des Abgasstroms.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Untersuchungen durchgeführt, um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Als ein Ergebnis wurde gefunden, dass bei einer Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung, die Platin (Pt) und Palladium (Pd) als Edelmetalle enthält, ein bevorzugter Bereich des Gewichtsverhältnisses von dem Platin zu dem Palladium getrennt für jeweils die Oxidation der HC, die Oxidation des CO und die Oxidation des NO vorliegt, und es schwierig ist, eine ausreichend hohe Effizienz der Oxidation für alle von den HC, dem CO und dem NO einfach durch ein Einstellen des Gewichtsverhältnisses von dem Platin zu dem Palladium in einer einzelnen Katalysatorbeschichtungsschicht zu erhalten. Es ist auch bekannt, dass das Pd durch die in dem Abgas vorhandenen HC vergiftet wird.
  • Die vorliegende Erfindung wurde basierend auf den zuvor genannten Ergebnissen vervollständigt.
  • Die 1 zeigt ein schematisches Querschnittsdiagramm eines Beispiels der Konfiguration einer Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung der vorliegenden Erfindung.
  • Die Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung der 1 weist ein Substrat 5 und eine erste Katalysatorbeschichtungsschicht 1, eine zweite Katalysatorbeschichtungsschicht 2 und eine dritte Katalysatorbeschichtungsschicht 3 auf dem Substrat 5 auf. Die erste Katalysatorbeschichtungsschicht 1 ist auf der stromaufwärtigen Seite des Abgasstroms angeordnet und sie trägt hauptsächlich zu der HC-Oxidationsreaktion bei. Die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht 2 ist in einer oberen Schicht auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms angeordnet und sie trägt hauptsächlich zu der NO-Oxidationsreaktion bei. Die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht 3 ist in einer unteren Schicht auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms angeordnet und sie trägt hauptsächlich zu der CO-Oxidationsreaktion bei.
  • Die erste Katalysatorbeschichtungsschicht 1 enthält Platin und Palladium. In der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 1 wird das Verhältnis WPt1/WPd1 des Gewichts des Platins WPt1 zu dem Gewicht des Palladiums WPd1 so eingestellt, dass es in einem Bereich liegt, der für die HC-Oxidationsreaktion geeignet ist. Als ein Ergebnis zeigt die erste Katalysatorbeschichtungsschicht 1 eine hohe Aktivität in der HC-Oxidationsreaktion.
  • Die Länge L1 der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 1 ist lang genug, um sicherzustellen, dass das HC, das in dem Abgas, das in die Katalysatorvorrichtung geströmt ist, vorhanden ist, ausreichend auf der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 1 oxidiert und kurz genug, um dies zu gewährleisten die Edelmetallkonzentration in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 1 auf einem hohen Niveau gehalten wird, und die erste Katalysatorbeschichtungsschicht „gezündet“ werden kann. Die „Zündung“ der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht bezieht sich auf die Temperatur der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 1, die durch die Erzeugung von Wärme durch die Oxidation des HC ausreichend hoch gemacht wird, und die HC-Oxidationsreaktion wird weiter durch die katalytische Wirkung der ersten Katalysatorschicht gefördert.
  • Die erste Katalysatorbeschichtungsschicht 1 ist auf der stromaufwärtigen Seite des Abgasstroms angeordnet. Als ein Ergebnis kommt das Abgas, das in die Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung geströmt ist, zuerst mit der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 1, die eine hohe Aktivität in der HC-Oxidationsreaktion aufweist, in Kontakt, und nachdem das HC effizient entfernt worden ist, kommt es mit der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2 und der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3 auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms in Kontakt. Somit wird in der Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung der vorliegenden Erfindung der Grad der HC-Vergiftung von Palladium in der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht (2) und der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3 verringert.
  • Die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht 2 enthält Platin und Palladium. Die Aktivität der NO-Oxidationsreaktion verbessert sich, wenn der Anteil an Platin in der Katalysatorbeschichtungsschicht hoch ist und nur eine kleine Menge an Palladium vorhanden ist. Die Katalysatorbeschichtungsschicht zeigt auch eine überlegene Wärmebeständigkeit, wenn eine kleine Menge an Palladium darin zusammen mit Platin enthalten ist. Unter diesem Gesichtspunkt ist in der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2 der Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung der vorliegenden Erfindung das Verhältnis WPt2/WPd2 des Gewichts des Platins WPt2 zu dem Gewicht des Palladiums WPd2 auf den optimalen Bereich eingestellt ist, der sowohl hohe Aktivitätsniveaus der NO-Oxidationsreaktion als auch eine Wärmebeständigkeit der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht erreicht. Als ein Ergebnis zeigt die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht 2 eine hohe Aktivität in der NO-Oxidationsreaktion.
  • Die Länge L2 der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2 ist lang genug, um sicherzustellen, dass das NO, das in dem Abgas vorhanden ist, auf der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2 ausreichend oxidiert wird. Somit kann das NO, das in Abgas vorhanden ist und das die erste Katalysatorbeschichtungsschicht 1 passiert hat, mit einer hohen Effizienz zu NO2 oxidiert werden. Andererseits ist die Länge L2 der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2 kurz genug, um einen Kontakt mit einem Gas zu verhindern, das eine hohe HC-Konzentration vor der Reinigung durch die erste Katalysatorbeschichtungsschicht 1 aufweist. Und zwar ist die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht 2 auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms über eine Länge angeordnet, die kürzer als eine Länge d des Substrats 5 ist. Somit kommt das Abgas, das in die Katalysatorvorrichtung geströmt ist, mit der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2 in Kontakt, nachdem das HC durch die erste Katalysatorbeschichtungsschicht 1 effizient entfernt worden ist. Folglich wird das Pd, das in der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2 vorhanden ist, daran gehindert, durch das HC vergiftet zu werden, und die NO-Oxidationsreaktion kann mit der beabsichtigten hohen Effizienz ablaufen.
  • Die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht 2 ist in einer oberen Schicht auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms angeordnet. Als ein Ergebnis kann das Abgas, nachdem es die erste Katalysatorbeschichtungsschicht 1 passiert hat, sofort mit der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2 in Kontakt zu kommen, wodurch das in dem Abgas vorhandene NO schnell einer Oxidationsreaktion durch die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht 2 unterzogen werden kann.
  • Die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht 3 enthält mindestens Palladium. Im Allgemeinen verbessert sich die CO-Oxidationsreaktion, wenn der Anteil an Palladium in der Katalysatorbeschichtungsschicht hoch ist. Somit zeigt die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht 3, die einen großen Anteil an Palladium enthält, eine hohe Aktivität bei der CO-Reinigung. Die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht 3 kann auch Platin unter der Voraussetzung enthalten, dass dessen Anteil innerhalb eines Bereichs liegt, der die Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht aufhebt.
  • Die Länge L3 der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht ist lang genug, um sicherzustellen, dass das CO, das in dem Abgas vorhanden ist, an der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3 ausreichend oxidiert wird, wodurch das im Abgas vorhandene CO mit einer hohen Effizienz durch eine Oxidation zu CO2 gereinigt werden kann. Andererseits ist die Länge L3 der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3 kurz genug, um einen Kontakt mit einem Gas, das eine hohe HC-Konzentration aufweist, vor der Reinigung durch die erste Katalysatorbeschichtungsschicht 1 zu verhindern. Und zwar ist die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht 3 auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms über eine Länge angeordnet, die kürzer als die Länge d des Substrats 5 ist. Somit kommt das Abgas, das in die Katalysatorvorrichtung geströmt ist, mit der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3 in Kontakt, nachdem das HC durch die erste Katalysatorbeschichtungsschicht 1 mit einer hohen Effizienz oxidiert und entfernt worden ist. Folglich wird eine HC-Vergiftung des Pd verhindert, das in der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3 vorhanden ist.
  • Die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht 3 ist in einer unteren Schicht auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms angeordnet. Als ein Ergebnis kommt das Abgas, nachdem es die erste Katalysatorbeschichtungsschicht 1 passiert hat, mit der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3 über die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht 2 in Kontakt. Selbst in dem Fall, bei dem das Abgas, das die erste Katalysatorbeschichtungsschicht 1 passiert hat, einen Rest an HC enthält, wird die Häufigkeit verringert, mit der dieser Rest an HC mit dem Pd, das in der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3 vorhanden ist, in Kontakt kommt.
  • Bei der Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird eine HC-Vergiftung von dem Pd, das in der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3 vorhanden ist, effizient aufgrund der Tatsache verhindert, dass die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht 3 in einer unteren Schicht auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms vorhanden ist.
  • Das Folgende liefert eine detaillierte Erläuterung der Bestandteile der Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung der vorliegenden Erfindung.
  • <Erste Katalysatorbeschichtungsschicht>
  • Die erste Katalysatorbeschichtungsschicht, die in der Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung der vorliegenden Erfindung vorhanden ist, enthält Platin und Palladium, wobei das Verhältnis des Gewichts des Platins zu dem Gewicht des Palladiums auf ein Verhältnis eingestellt worden ist, das für eine HC-Oxidationsreaktion geeignet ist, und sie ist auf der stromaufwärtigen Seite des Abgasstroms angeordnet.
  • Unter dem Gesichtspunkt der Verstärkung der Aktivität der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht bei der HC-Oxidationsreaktion beträgt das Verhältnis WPt1/WPd1 des Gewichts des Platins WPt1 zu dem Gewicht des Palladiums WPd1 0,75 bis 4,50. Dieses Verhältnis WPt1/WPd1 beträgt 0,80 oder mehr, 0,90 oder mehr, 1,00 oder mehr, 1,25 oder mehr, 1,50 oder mehr oder 1,75 oder mehr und 4,25 oder weniger, 4,00 oder weniger, 3,75 oder weniger, 3,50 oder weniger, 3,25 oder weniger, 3,00 oder weniger, 2,75 oder weniger, 2,50 oder weniger oder 2,25 oder weniger. Bevorzugt liegt dieses Verhältnis in einem Bereich von 0,80 bis 4,25, besonders bevorzugt liegt dieses Verhältnis in einem Bereich von 0,90 bis 4,00, noch mehr bevorzugt liegt dieses Verhältnis in einem Bereich von 1,00 bis 3,75, noch mehr bevorzugt liegt dieses Verhältnis in einem Bereich von 1,25 bis 3,25, noch mehr bevorzugt liegt das Verhältnis in einem Bereich von 1,50 bis 2,75 und am meisten bevorzugt liegt dieses Verhältnis in einem Bereich von 1,75 bis 2,25.
  • Das Verhältnis WPt1/WPd1 in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht beträgt am meisten bevorzugt etwa 2,00.
  • Das Verhältnis der Summe des Gewichts des Platins WPt1 und des Gewichts des in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht enthaltenen Palladiums WPd1 zu einem Volumen von 1 l (Liter) des Substrats beträgt bevorzugt 0,50 g/l oder mehr, 0,75 g/l oder mehr, 1,00 g/l oder mehr oder 1,25 g/l oder mehr und zum Beispiel 2,50 g/l oder weniger, 2,25 g/l oder weniger, 2,25 g/l oder weniger oder 1,75 g/l oder weniger. Bevorzugt liegt dieses Verhältnis in einem Bereich von 0,50 g/l bis 2,50 g/l, besonders bevorzugt liegt dieses Verhältnis in einem Bereich von 0,75 g/l bis 2,25 g/l, noch mehr bevorzugt liegt dieses Verhältnis in einem Bereich von 1,00 g/l bis 2,25 g/l und am meisten bevorzugt liegt dieses Verhältnis in einem Bereich von 1,25 g/l bis 1,75 g/l.
  • Bei der Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung der vorliegenden Erfindung wird die Effizienz der NO-Oxidation durch die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht und die Effizienz der CO-Oxidation in der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht durch ein ausreichendes Oxidieren des HC, das in dem Abgas vorhanden ist, das in die Katalysatorvorrichtung geströmt ist, durch die erste Katalysatorbeschichtungsschicht erhöht, wobei die Konzentration des HC in dem Abgas weiter stromabwärts als die erste Katalysatorbeschichtungsschicht verringert wird und eine HC-Vergiftung des Pd, das in der zweiten und dritten Katalysatorbeschichtungsschicht vorliegt, verhindert wird.
  • Unter dem Gesichtspunkt einer ausreichenden Oxidation des HC in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht ist somit die Summe des Gewichts des Platins und des Gewichts des Palladiums in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht höher als die Summe des Gewichts des Platins und des Gewichts des Palladiums in der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht und der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht.
  • Insbesondere ist die Summe WPt1+Pd1 des Gewichts WPt1 des Platins und des Gewichts WPd1 des Palladiums in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht größer als die Summe WPt2+Pd2+WPt3+Pd3 der gesamten Menge WPt2+Pd2 des Gewichts WPt2 des Platins und des Gewichts WPd2 des Palladiums in der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht und der Summe WPt3+Pd3 des Gewichts WPt3 des Platins und des Gewichts WPd3 des Palladiums in der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht.
  • Der Anteil der Summe WPt1+Pd1 des Gewichts des Platins und des Gewichts des Palladiums in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht an der gesamten Summe WPt1+Pd1 + WPt2+Pd2 + WPt3+Pd3 ist zum Beispiel größer als 50 Gewichtsprozent, 55 Gewichtsprozent oder mehr, oder 60 Gewichtsprozent oder mehr im Hinblick auf eine ausreichende Oxidation des HC in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht und zum Beispiel beträgt er 80 Gewichtsprozent oder weniger, 75 Gewichtsprozent oder weniger, 70 Gewichtsprozent oder weniger oder 65 Gewichtsprozent oder weniger, unter dem Gesichtspunkt, dass ein hohes Maß an Katalysatoraktivität der zweiten und dritten Katalysatorbeschichtungsschicht aufrechterhalten wird. Bevorzugt liegt dieser Anteil in einem Bereich von 50 Gewichtsprozent bis 80 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt liegt dieser Anteil in einem Bereich von 55 Gewichtsprozent bis 75 Gewichtsprozent und am meisten bevorzugt liegt dieser Anteil in einem Bereich von 60 Gewichtsprozent bis 65 Gewichtsprozent.
  • Das Platin und das Palladium, die in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht vorhanden sind, werden jeweils auf geeigneten Trägerteilchen getragen. Die Trägerteilchen sind zum Beispiel die Teilchen von einer oder mehreren Arten von den Oxiden, die aus den Oxiden von Al, Si, Ce und Zr ausgewählt worden sind. Insbesondere werden die Trägerteilchen aus den Teilchen ausgewählt, die zum Beispiel aus einem Aluminiumoxid, einem Siliziumdioxid, einem Ceroxid, einem Zirkoniumdioxid und deren Mischoxiden bestehen.
  • Das Platin und das Palladium in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht können auf den gleichen Katalysatorteilchen getragen werden oder sie können jeweils auf separaten Trägerteilchen getragen werden. Unter dem Gesichtspunkt, die Abnahme der Katalysatoraktivität zu verhindern, die mit einem Anstieg des Teilchendurchmessers einhergeht, der auf die Haltbarkeit durch ein Legieren des Platins und des Palladiums zurückzuführen ist, werden mindestens ein Teil des Platins und des Palladiums und bevorzugt das gesamte Platin und das gesamte Palladium auf den gleichen Trägerteilchen getragen.
  • Unter dem Gesichtspunkt des ausreichenden Oxidierens des HC, das in dem Abgas vorhanden ist, das in die Katalysatorvorrichtung in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht geströmt ist, beträgt die Länge der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht bezogen auf die Länge des Substrats 8 % oder mehr, 9 % oder mehr, 10 % oder mehr, 20 % oder mehr, 30 % oder mehr oder 40 % oder mehr. Unter dem Gesichtspunkt des Aufrechterhaltens einer hohen Konzentration des Edelmetalls in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht, um eine Zündung der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht zu ermöglichen, beträgt andererseits die Länge der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht bezogen auf die Länge des Substrats 55 %, oder weniger, 50 % oder weniger, 40 % oder weniger, 30 % oder weniger oder 20 % oder weniger. Bevorzugt liegt diese Länge in einem Bereich von 8 % bis 55 %, besonders bevorzugt liegt diese Länge in einem Bereich von 9 % bis 50 %, noch mehr bevorzugt liegt diese Länge in einem Bereich von 10 % bis 40 % und am meisten bevorzugt beträgt diese Länge etwa 20 %.
  • Die erste Katalysatorbeschichtungsschicht kann weiterhin nach Bedarf andere Komponenten enthalten. Die Beispiele für die anderen Komponenten umfassen Oxidteilchen, die kein Platin oder Palladium tragen, und anorganische Bindemittel. Zusätzlich kann die erste Katalysatorbeschichtungsschicht ferner ein anderes Edelmetall als Platin oder Palladium wie zum Beispiel Rhodium (Rh) enthalten.
  • Die Oxidteilchen, die kein Platin oder Palladium tragen, sind die Teilchen von einer oder mehreren Arten von den Oxiden, die aus den Oxiden von Al, Si, Ce und Zr ausgewählt worden sind, und insbesondere die aus den Oxiden ausgewählt worden sind, die zum Beispiel aus einem Aluminiumoxid, einem Siliziumdioxid, einem Ceroxid, einem Zirkonoxid oder deren Mischoxiden bestehen.
  • Die Beispiele für das anorganische Bindemittel umfassen ein Aluminiumoxidsol und ein Titandioxidsol.
  • <Zweite Katalysatorbeschichtungsschicht>
  • Die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht, die in der Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung der vorliegenden Erfindung vorhanden ist, enthält Platin und Palladium und das Verhältnis des Gewichts des Platins zu dem Gewicht des Palladiums wird auf ein Verhältnis eingestellt, das geeignet ist, sowohl ein hohes Niveau der Aktivität der NO-Oxidationsreaktion als auch eine Wärmebeständigkeit der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht zu verwirklichen, und sie ist in einer oberen Schicht auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms angeordnet.
  • Unter dem Gesichtspunkt der Erhöhung der Katalysatoraktivität bei der NO-Oxidationsreaktion ist das Verhältnis WPt2/WPd2 des Gewichts des Platins WPt2 zu dem Gewicht des Palladiums WPd2 in der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht größer als 4,50, 5,00 oder mehr, 6,00 oder mehr, 8,00 oder mehr, 10,00 oder mehr, 12,00 oder mehr oder 15,00 oder mehr. Auf der anderen Seite ist unter dem Gesichtspunkt des Verwirklichens sowohl der NO-Oxidationsaktivität als auch der Wärmebeständigkeit der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht das Verhältnis WPt2/WPd2 der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 25,0 oder weniger, 22,0 oder weniger, 20,0 oder weniger, 18,0 oder weniger, 16,0 oder weniger oder 15,0 oder weniger. Bevorzugt liegt dieses Verhältnis in einem Bereich von 4,50 bis 25,0, besonders bevorzugt liegt dieses Verhältnis in einem Bereich von 5,00 bis 22,0, noch mehr bevorzugt liegt dieses Verhältnis in einem Bereich von 6,00 bis 20,0, noch mehr bevorzugt liegt dieses Verhältnis in einem Bereich von 8,00 bis 18,0, noch mehr bevorzugt liegt dieses Verhältnis in einem dem Bereich von 12,00 bis 16,0 und am meisten bevorzugt beträgt dieses Verhältnis ungefähr 15,0.
  • Das Verhältnis der Summe WPt2+Pd2 des Gewichts des Platins WPt2 und des Gewichts des Palladiums WPd2, das in der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht enthalten ist, zu einem Volumen von 1 L des Substrats beträgt zum Beispiel 0,30 g/l oder mehr, 0,40 g/l oder mehr, 0,50 g/l oder mehr oder 0,60 g/l oder mehr und zum Beispiel 1,00 g/l oder weniger, 0,90 g/l oder weniger oder 0,75 g/l oder weniger. Bevorzugt liegt dieses Verhältnis in einem Bereich von 0,30 g/l bis 1,00 g/l, besonders bevorzugt liegt dieses Verhältnis in einem Bereich von 0,40 g/l bis 0,90 g/l und am meisten bevorzugt liegt dieses Verhältnis in einem Bereich von 0,60 g/l bis 0,75 g/l.
  • Das Platin und Palladium, das in der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht vorhanden ist, werden auf den Trägerteilchen auf die gleiche Weise wie bei der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht getragen und sie können gemeinsam auf den gleichen Trägerteilchen oder jeweils auf getrennten Trägerteilchen getragen werden.
  • Unter dem Gesichtspunkt des ausreichenden Oxidierens des NO, das in das Abgas auf der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht vorhanden ist, um NO2 zu bilden, beträgt die Länge der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht bezogen auf die Länge des Substrats 45 % oder mehr, 50 % oder mehr, 60 % oder mehr, 70 % oder mehr oder 80 % oder mehr. Andererseits beträgt im Hinblick darauf, zuzulassen, dass das einströmende Abgas mit der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht ausreichend in Kontakt kommt und mit der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht in Kontakt kommt, nachdem die HC-Konzentration abgesunken ist und eine HC-Vergiftung des Pd, das in der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht vorhanden ist, verhindert, die Länge der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht, bezogen auf die Länge des Substrats, 95 % oder weniger, 90 % oder weniger, 85 % oder weniger, 80 % oder weniger oder 75 % oder weniger. Bevorzugt liegt diese Länge in einem Bereich von 45 % bis 95 %, besonders bevorzugt liegt diese Länge in einem Bereich von 50 % bis 90 %, noch mehr bevorzugt liegt diese Länge in einem Bereich von 60 % bis 85 % und am meisten bevorzugt beträgt diese Länge etwa 80 %.
  • Die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht kann nach Bedarf andere Komponenten enthalten, die denen in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht ähnlich sind. Die Beispiele für die anderen Komponenten umfassen Oxidteilchen, die kein Platin oder Palladium tragen, ein anorganisches Bindemittel und andere Edelmetalle als Platin und Palladium (wie zum Beispiel Rhodium).
  • <Dritte Katalysatorbeschichtungsschicht>
  • Die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht in der Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung der vorliegenden Erfindung enthält mindestens Palladium und sie kann gegebenenfalls ferner Platin enthalten. Das Verhältnis des Gewichts des Platins zu dem Gewicht des Palladiums in der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht wird auf ein Verhältnis eingestellt, das für die CO-Oxidationsreaktion geeignet ist, und sie ist in einer unteren Schicht auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms angeordnet.
  • Unter dem Gesichtspunkt der Erhöhung der Katalysatoraktivität bei der CO-Oxidationsreaktion beträgt das Verhältnis WPt3/WPd3 des Gewichts des Platins WPt3 zu dem Gewicht des Palladiums WPd3 in der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 0,12 oder weniger, 0,11 oder weniger, 0,10 oder weniger, 0,09 oder weniger, 0,08 oder weniger oder 0,05 oder weniger. Die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht muss kein Platin enthalten.
  • Das Verhältnis der Summe WPt3+Pd3 des Gewichts des Platins WPt3 und des Gewichts des Palladiums WPd3, das in der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht enthalten ist, zu einem Volumen von 1 L des Substrats beträgt zum Beispiel 0,15 g/l oder mehr, 0,20 g/l oder mehr oder 0,25 g/l oder mehr und es beträgt zum Beispiel 0,50 g/l oder weniger, 0,45 g/l oder weniger, 0,40 g/l oder weniger oder 0,35 g/l oder weniger. Bevorzugt liegt dieses Verhältnis in einem Bereich von 0,15 g/l bis 0,50 g/l, besonders bevorzugt liegt dieses Verhältnis in einem Bereich von 0,20 g/l bis 0,45 g/l und am meisten bevorzugt liegt dieses Verhältnis in einem Bereich von 0,25 g/l bis 0,35 g/l.
  • In dem Fall, dass Palladium und Platin in der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht vorhanden sind, werden das Platin und das Palladium auf Trägerteilchen auf die gleiche Weise wie in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht getragen und sie können gemeinsam auf den gleichen Trägerteilchen getragen werden oder jedes kann auf separaten Trägerteilchen getragen werden.
  • Unter dem Gesichtspunkt des ausreichenden Oxidierens des CO, das in dem Abgas auf der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht vorhanden ist, beträgt die Länge der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht bezogen auf die Länge des Substrats 45 % oder mehr, 50 % oder mehr, 60 % oder mehr, 70 % oder mehr oder 80 % oder mehr. Andererseits beträgt im Hinblick darauf, zuzulassen, dass das einströmende Abgas mit der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht ausreichend in Kontakt kommt und es mit der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht in Kontakt kommt, nachdem die HC-Konzentration abgesunken ist und eine HC-Vergiftung des Pd, das in der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht vorhanden ist, verhindert wird, die Länge der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht, bezogen auf die Länge des Substrats, 95 % oder weniger, 90 % oder weniger, 85 % oder weniger, 80 % oder weniger oder 75 % oder weniger. Bevorzugt liegt diese Länge in einem Bereich von 45 % bis 95 %, besonders bevorzugt liegt diese Länge in einem Bereich von 50 % bis 90 %, noch mehr bevorzugt liegt diese Länge in einem Bereich von 60 % bis 85 % und am meisten bevorzugt dieser Länge liegt in einem Bereich von 70 % bis 80 %.
  • Die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht kann nach Bedarf andere Komponenten enthalten, die denen in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht ähnlich sind. Die Beispiele für die anderen Komponenten umfassen die Oxidteilchen, die kein Platin oder Palladium tragen, ein anorganisches Bindemittel und andere Edelmetalle als Platin und Palladium (wie zum Beispiel Rhodium).
  • <Gesamte Menge an Platin und Palladium in den ersten bis dritten Katalysatorbeschichtungsschichten>
  • Der Anteil der gesamten Summe WPt1+Pd1 + WPt2+Pd2 + WPt3+Pd3 des Gewichts des Platins und des Gewichts des Palladiums in der ersten bis zu der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht bezogen auf ein Volumen von 1 L des Substrats beträgt zum Beispiel 1,50 g/l oder mehr, 1,75 g/l oder mehr, 2,00 g/l oder mehr oder 2,25 g/l oder mehr im Hinblick auf ein ausreichendes Erhöhen der Oxidationsaktivität der Abgaskomponenten und er beträgt zum Beispiel 4,00 g/l oder weniger, 3,50 g/l oder weniger, 3,00 g/l oder weniger, 2,75 g/l oder weniger oder 2,50 g/l oder weniger im Hinblick auf die Verringerung der Produktionskosten der Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung. Bevorzugt liegt dieser Anteil in einem Bereich von 1,50 g/l bis 4,00 g/l, besonders bevorzugt liegt dieser Anteil in einem Bereich von 1,75 g/l bis 3,50 g/l, noch mehr bevorzugt liegt dieser Anteil in einem Bereich von 2,00 g/l bis 3,00 g/l und am meisten bevorzugt liegt dieser Anteil in einem Bereich von 2,25 g/l bis 2,50 g/l.
  • <Substrat>
  • Ein Substrat, das typischerweise als ein Substrat von Abgasreinigungskatalysatoren verwendet wird, kann für das Substrat der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Deren Beispiele umfassen die Substrate vom Typ Durchfluss (vom Typ offene Strömung) wie zum Beispiel Monolithwabensubstrate, die aus Cordierit-, SiC-, Metall- oder Metalloxidteilchen bestehen. Ein Monolithwabensubstrat hat typischerweise eine Außenform von etwa der eines Zylinders oder eines Prismas und es weist eine große Anzahl an Zellen auf, die in der axialen Richtung kommunizieren.
  • Das Volumen des Substrats beträgt zum Beispiel 0,1 l (Liter) oder mehr, 0,2 l oder mehr, 0,3 l oder mehr, 0,4 1 oder mehr oder 0,5 l oder mehr und es beträgt zum Beispiel 4,0 l oder weniger, 3,5 l oder mehr weniger, 3,0 l oder weniger, 2,5 l oder weniger, 2,0 l oder weniger oder 1,5 l oder weniger. Bevorzugt liegt dieses Volumen in einem Bereich von 0,1 l bis 4,0 l, besonders bevorzugt liegt dieses Volumen in einem Bereich von 0,2 l bis 3,5 l, noch mehr bevorzugt liegt dieses Volumen in einem Bereich von 0,3 l bis 3,0 l, noch mehr bevorzugt liegt dieses Volumen in einem Bereich von 0,4 l bis 2,51 und am meisten bevorzugt liegt dieses Volumen in einem Bereich von 0,5 l bis 1,5 l.
  • Bei der Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung der vorliegenden Erfindung ist das Substrat über die gesamte Länge mit mindestens einer von der ersten bis zu der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht bedeckt. Als ein Ergebnis davon, dass das Substrat durch mindestens eine der ersten bis dritten Katalysatorbeschichtungsschichten über dessen gesamte Länge bedeckt ist, wird eine Zerstörung des Substrats, die durch einen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Substrat und der ersten bis dritten Katalysatorbeschichtungsschicht verursacht werden kann, verhindert.
  • Ein spezifisches Beispiel für das Substrat, das von mindestens einer der ersten bis dritten Katalysatorbeschichtungsschicht über dessen gesamte Oberfläche bedeckt ist, besteht darin, dass die erste Katalysatorbeschichtungsschicht so vorliegt, dass sie sich von dem Abgaseinlassende des Substrats in der stromabwärtigen Richtung des Abgasstroms erstreckt, wobei die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht und die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht jeweils so vorliegen, dass sie sich von dem Abgasauslassende des Substrats in der stromaufwärtigen Richtung des Abgasstroms erstrecken, und die Summe der Länge der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht und der Länge der längeren von der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht und von der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht gleich oder größer als die Länge des Substrats ist.
  • Die Summe der Länge der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht und der Länge der längeren von der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht und von der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht können die Länge des Substrats übersteigen. In diesem Fall weisen die erste Katalysatorbeschichtungsschicht und mindestens eine von der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht und von der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht einen geschichteten Bereich auf, der auf dem Substrat geschichtet ist. Die erste Katalysatorbeschichtungsschicht ist die obere Schicht in diesem Schichtbereich.
  • Bei der Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung, die in der 1 gezeigt ist, erstreckt sich die erste Katalysatorbeschichtungsschicht 1 von dem Abgaseinlassende des Substrats 5 in der stromabwärtigen Richtung des Abgasstroms, erstrecken sich die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht 2 und die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht 3 jeweils von dem Abgasauslassende des Substrats in der stromaufwärtigen Richtung des Abgasstroms, wobei die Länge L3 der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3 länger als die Länge L2 der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2 ist und wobei die Summe der Länge L1 der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 1 und der Länge L3 der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3 die Länge d des Substrats 5 übersteigt, und als ein Ergebnis davon das Substrat 5 über dessen gesamte Länge d mit mindestens einer von der ersten bis zu der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht bedeckt wird.
  • Bei der Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung, die in der 1 gezeigt ist, weisen die erste Katalysatorbeschichtungsschicht 1 und die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht 2 und die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht 3 einen geschichteten Bereich auf, der auf dem Substrat geschichtet ist, und die erste Katalysatorbeschichtungsschicht 1 ist die obere Schicht.
  • « Verfahren zur Herstellung einer Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung »
  • Die Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird hergestellt, indem die erste bis zu der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht an den vorgeschriebenen Stellen auf einem Substrat gebildet werden. Insbesondere wird die Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung des vorliegenden Ausführungsbeispiels gemäß dem nachstehend angegebenen Verfahren hergestellt.
  • Das Verfahren zur Herstellung einer Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung weist auf:
    • ein Beschichten mit einer Aufschlämmung, um Bilden einer dritten Katalysatorbeschichtungsschicht über eine vorgeschriebene Länge von dem Abgasauslassende eines gewünschten Substrats, gefolgt von einem Brennen, um die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht zu bilden,
    • ein Beschichten mit einer Aufschlämmung zum Bilden einer zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht über eine vorgeschriebene Länge von dem Abgasauslassende des Substrats im Anschluss an das Bilden der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht, gefolgt von einem Brennen, um die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht zu bilden, und
    • ein Beschichten mit einer Aufschlämmung zum Bilden einer ersten Katalysatorbeschichtungsschicht über eine vorgeschriebene Länge von dem Abgaseinlassende des Substrats im Anschluss an das Bilden der zweiten und der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht, gefolgt von einem Brennen, um die erste Katalysatorbeschichtungsschicht zu bilden.
  • Ein Substrat, das geeigneterweise aus den zuvor genannten Beispielen der Substrate ausgewählt worden ist, die als die Substrate bei der Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwendet werden, wird für das Substrat verwendet.
  • Die Aufschlämmungen zum Bilden der ersten bis dritten Katalysatorbeschichtungsschicht sind jeweils Aufschlämmungen, die durch ein Dispergieren von Platin und Palladium in einem vorgeschriebenen Verhältnis, wobei die Oxidteilchen das Platin und das Palladium gleichzeitig oder getrennt darauf getragen haben, und gegebenenfalls andere verwendete Komponenten in einem Medium wie zum Beispiel Wasser erhalten werden. Die Aufschlämmung zum Bilden der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht kann in Abhängigkeit von der gewünschten Zusammensetzung der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht in der Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung kein Platin enthalten.
  • Die Oxidteilchen, die Platin und Palladium aufweisen, die gleichzeitig oder getrennt davon getragen werden, werden durch ein Mischen eines Vorläufers eines gewünschten Edelmetalls und der Oxidteilchen in einem geeigneten Medium wie zum Beispiel Wasser, gefolgt von einem Brennen, hergestellt. Die Beispiele für die Edelmetallvorläufer umfassen Halogenide, Nitrate und Sulfate von Platin oder Palladium.
  • Die Art und die Menge jeder Komponente in den Aufschlämmungen zur Bildung der ersten bis zu der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht wird geeigneterweise gemäß den gewünschten Zusammensetzungen der ersten bis zu der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht in der Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung eingestellt.
  • Das Beschichten mit der Aufschlämmung zum Bilden jeder Katalysatorbeschichtungsschicht auf dem Substrat wird zum Beispiel durch ein bekanntes Washcoating-Verfahren durchgeführt. Das Brennen nach dem Beschichten der Aufschlämmung zum Bilden jeder Katalysatorbeschichtungsschicht auf dem Substrat wird nach einem bekannten Verfahren bei einer Temperatur von zum Beispiel 400 °C oder höher oder 450 °C oder höher und zum Beispiel 1000 °C oder niedriger, 900 °C oder niedriger oder 800 °C oder niedriger für eine Dauer von zum Beispiel 10 Minuten oder mehr, 30 Minuten oder mehr oder 1 Stunde oder mehr und zum Beispiel 48 Stunden oder weniger, 24 Stunden oder weniger, 12 Stunden oder weniger oder 6 Stunden oder weniger durchgeführt.
  • « Katalysatorsystem zur Abgasreinigung »
  • Die Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung der vorliegenden Erfindung ist zur Verwendung als ein DOC in einem Katalysatorsystem zum Reinigen von Abgas geeignet, das von einem Verbrennungsmotor und insbesondere von einem Dieselmotor ausgestoßen wird. Somit wird gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein Katalysatorsystem zur Abgasreinigung bereitgestellt, das die Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung der vorliegenden Erfindung und eine stromabwärts davon angeordnete selektive katalytische Reduktionsvorrichtung zur Abgasreinigung in der Richtung des Abgasstroms enthält.
  • Das Katalysatorsystem für die Abgasreinigung der vorliegenden Erfindung kann ferner einen Rußfilter und einen Nachstufen-Oxidationskatalysator aufweisen, und zum Beispiel können die Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung der vorliegenden Erfindung, ein Rußfilter, eine Vorrichtung für eine selektive katalytische Reduktion zur Abgasreinigung und ein Nachstufen-Oxidationskatalysator in dieser Reihenfolge ausgehend von der stromaufwärtigen Seite der Abgasströmung angeordnet sein.
  • Der Rußfilter fängt den Ruß ein, der von einem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird. Der eingefangene Ruß wird behandelt, indem er durch Sauerstoff oder durch NO2 oxidiert wird, das von der Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung der vorliegenden Erfindung emittiert wird.
  • Die selektive katalytische Reduktionsvorrichtung zur Abgasreinigung reinigt das NO2, das durch die katalytische Reduktionsvorrichtung zur Abgasreinigung gebildet worden ist, zum Beispiel durch die Zufuhr von wässrigem Harnstoff und mittels des aus dem wässrigen Harnstoff gebildeten NH3, um es auf N2 und H2O als auch NO-Rückstände zu reduzieren.
  • Der Nachstufen-Oxidationskatalysator reinigt das überschüssige NH3, das aus der selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung zur Abgasreinigung durch eine Oxidation zu N2 und H2O abgegeben wird.
  • [Beispiele]
  • «Herstellung von Aufschlämmungen zum Bilden von Katalysatorbeschichtungsschichten»
  • <Herstellung einer Aufschlämmung zum Bilden der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht>
  • (Herstellungsbeispiel 1A)
  • Eine wässrige Lösung, die ein Äquivalent von 2,00 g Platinnitrat als ein Pt-Metall enthielt, eine wässrige Lösung, die ein Äquivalent von 1,00 g Palladiumnitrat als ein Pd-Metall enthielt, 50 g Aluminiumoxid und 150 g reines Wasser wurden gemischt und anschließend bei 100 °C getrocknet und bei 500 °C gebrannt, um das Pt/Pd tragende Aluminiumoxidpulver 1 herzustellen.
  • Die gesamte Menge des Pt/Pd tragenden Aluminiumoxidpulvers 1, 30 g β-Zeolithpulver, 2,0 g Aluminiumoxidsol (als Feststoff) und 180 g reines Wasser wurden gemischt und dann so bemessen, dass die Aufschlämmung 1A erhalten worden ist.
  • (Herstellungsbeispiele 1B bis 1E)
  • Die Aufschlämmungen 1B bis 1E wurden auf die gleiche Weise wie bei dem Herstellungsbeispiel 1A mit der Ausnahme hergestellt, dass das Platinnitrat und das Palladiumnitrat in den in der Tabelle 1 angegebenen Mengen verwendet worden sind. Die Tabelle 1 zeigt auch die Zusammensetzungen der Rohmaterialkomponenten, die bei den Herstellungsbeispielen 1A bis 1E verwendet worden sind.
    Tabelle 1: Herstellung der Aufschlämmung zur Bildung der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht
    Edelmetall tragendes Oxid Andere Komponenten
    Aufschlämmung Art Platinnitrat (g Pt) Palladiumnitrat (g Pd) Pt/Pd (wt/wt) Aluminiumoxid (g) β-Zeolith (g) Aluminiumoxidsol (g Feststoffanteil)
    Herstellungsbeispiel 1A Aufschlämmung 1A Pt/Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 2,00 1,00 2,00 50,0 30,0 2,0
    Herstellungsbeispiel 1B Aufschlämmung 1B Pt/Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 2,40 0,60 4,00 50,0 30,0 2,0
    Herstellungsbeispiel 1C Aufschlämmung 1C Pt/Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 1,50 1,50 1,00 50,0 30,0 2,0
    Herstellungsbeispiel 1D Aufschlämmung 1D Pt/Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 2,50 0,50 5,00 50,0 30,0 2,0
    Herstellungsbeispiel 1E Aufschlämmung 1E Pt/Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 1,00 2,00 0,50 50,0 30,0 2,0
  • <Herstellung einer Aufschlämmung zum Bilden einer zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht>
  • (Herstellungsbeispiel 2A)
  • Eine wässrige Lösung, die ein Äquivalent von 1,00 g Platinnitrat als ein Pt-Metall enthielt, eine wässrige Lösung, die ein Äquivalent von 0,20 g Palladiumnitrat als ein Pd-Metall enthielt, 25 g Aluminiumoxid und 70 g reines Wasser wurden gemischt und anschließend bei 100 °C getrocknet und bei 500 °C gebrannt, um das Pt/Pd tragende Aluminiumoxidpulver 2 herzustellen.
  • Die gesamte Menge des Pt/Pd tragenden Aluminiumoxidpulvers 2, 20 g β-Zeolithpulver, 2,0 g (als Feststoff) Aluminiumoxidsol und 80 g reines Wasser wurden gemischt und dann so bemessen, dass die Aufschlämmung 2A erhalten wurde.
  • (Herstellungsbeispiele 2B bis 2E)
  • Die Aufschlämmungen 2B bis 2E wurden auf die gleiche Weise wie bei dem Herstellungsbeispiel 2A mit der Ausnahme hergestellt, dass das Platinnitrat und das Palladiumnitrat in den jeweils in der Tabelle 2 angegebenen Mengen verwendet worden sind. Die Tabelle 2 zeigt auch die Zusammensetzungen der Rohmaterialkomponenten, die bei den Herstellungsbeispielen 2A bis 2E verwendet worden sind.
    Tabelle 2: Herstellung der Aufschlämmung zur Bildung der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht
    Aufschlämmung Edelmetall tragendes Oxid Andere Komponenten
    Art Platinnitrat (g Pt) Palladiumnitrat (g Pd) Pt/Pd (wt/wt) Aluminiumoxid (g) β-Zeolith (g) Aluminiumoxidsol (g Feststoffanteil)
    Herstellungsbeispiel 2A Aufschlämmung 2A Pt/Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 1,00 0,20 5,00 25,0 20,0 2,0
    Herstellungsbeispiel 2B Aufschlämmung 2B Pt/Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 1,14 0,06 19,0 25,0 20,0 2,0
    Herstellungsbeispiel 2C Aufschlämmung 2C Pt/Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 1,09 0,11 9,91 25,0 20,0 2,0
    Herstellungsbeispiel 2D Aufschlämmung 2D Pt/Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 1,16 0,04 29,0 25,0 20,0 2,0
    Herstellungsbeispiel 2E Aufschlämmung 2E Pt/Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 0,96 0,24 4,00 25,0 20,0 2,0
  • <Herstellung einer Aufschlämmung zum Bilden einer dritten Katalysatorbeschichtungsschicht>
  • (Herstellungsbeispiel 3A)
  • Eine wässrige Lösung, die ein Äquivalent von 0,60 g Palladiumnitrat als ein Pd-Metall, 40 g Aluminiumoxid und 120 g reines Wasser enthielt, wurde gemischt, gefolgt von einem Trocknen bei 100 °C und einem Brennen bei 500 °C, um ein das Pd tragende Aluminiumoxidpulver 3a herzustellen.
  • Die gesamte Menge des Pd tragenden Aluminiumoxidpulvers 3a, 10 g β- Zeolithpulver, 2,0 g Aluminiumoxidsol (als Feststoff) und 160 g reines Wasser wurden gemischt und dann so bemessen, dass die Aufschlämmung 3A erhalten worden ist.
  • (Herstellungsbeispiel 3B)
  • Eine wässrige Lösung, die ein Äquivalent von 0,05 g Platinnitrat als ein Pt-Metall enthielt, eine wässrige Lösung mit einem Äquivalent von 0,55 g Palladiumnitrat als ein Pd-Metall, 40 g Aluminiumoxid und 120 g reines Wasser wurden gemischt und anschließend bei 100 °C getrocknet und bei 500 °C gebrannt, um ein Pt/Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 3b herzustellen.
  • Die gesamte Menge des Pt/Pd tragenden Aluminiumoxidpulvers 3b, 10 g β-Zeolithpulver, 2,0 g Aluminiumoxidsol (als Feststoff) und 160 g reines Wasser wurden gemischt und dann so bemessen, dass die Aufschlämmung 3B erhalten worden ist.
  • (Herstellungsbeispiele 3C bis 3E)
  • Die Aufschlämmungen 3C bis 3E wurden auf die gleiche Weise wie bei dem Herstellungsbeispiel 3B mit der Ausnahme hergestellt, dass das Platinnitrat und das Palladiumnitrat in den in der Tabelle 3 angegebenen Mengen verwendet worden sind. Die Tabelle 3 zeigt auch die Zusammensetzungen der Rohmaterialkomponenten, die bei den Herstellungsbeispielen 3A bis 3E verwendet worden sind.
    Tabelle 3: Herstellung der Aufschlämmung zur Bildung der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht
    Aufschlämmung Edelmetall tragendes Oxid Andere Komponenten
    Art Platinnitrat (g Pt) Palladiumnitrat (g Pd) Pt/Pd (wt/wt) Aluminiumoxid (g) β-Zeolith (g) Aluminiumoxidsol (g Feststoffanteil)
    Herstellungsbeispiel 3A Aufschlämmung 3A Pt tragendes Aluminiumoxidpulver 0 0,60 0 40,0 10,0 2,0
    Herstellungsbeispiel 3B Aufschlämmung 3B Pt/Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 0,05 0,55 0,09 40,0 10,0 2,0
    Herstellungsbeispiel 3C Aufschlämmung 3C Pt/Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 0,10 0,50 0,20 40,0 10,0 2,0
    Herstellungsbeispiel 3D Aufschlämmung 3D Pt/Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 0,07 0,53 0,13 40,0 10,0 2,0
    Herstellungsbeispiel 3E Aufschlämmung 3E Pt/Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 0,40 0,20 2,00 40,0 10,0 2,0
  • <Herstellung einer Aufschlämmung zum Bilden einer Vergleichskatalysatorbeschichtungsschicht>
  • (Herstellungsbeispiel 4A)
  • Eine wässrige Lösung, die ein Äquivalent von 2,00 g Platinnitrat als ein Pt-Metall enthielt, eine wässrige Lösung, die ein Äquivalent von 1,00 g Palladiumnitrat als ein Pd-Metall enthielt, 50 g Aluminiumoxid und 150 g reines Wasser wurden gemischt und anschließend bei 100 °C getrocknet und bei 500 °C gebrannt, um ein Pt/Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 4a herzustellen.
  • Eine wässrige Lösung, die ein Äquivalent von 0,60 g Palladiumnitrat als ein Pd-Metall, 40 g Aluminiumoxid und 120 g reines Wasser enthielt, wurde gemischt, gefolgt von Trocknen bei 100 °C und einem Brennen bei 500 °C, um ein Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 4b herzustellen.
  • Die gesamte Menge des oben erhaltenen Pt/Pd tragenden Aluminiumoxidpulvers 4a, die gesamte Menge des oben erhaltenen Pd tragenden Aluminiumoxidpulvers 4b, 40 g β-Zeolithpulver, 4,0 g Aluminiumoxidsol als Feststoff und 340 g reines Wasser wurde gemischt und dann so bemessen, dass die Aufschlämmung 4A erhalten worden ist.
  • (Herstellungsbeispiel 4B)
  • Eine wässrige Lösung, die ein Äquivalent von 1,00 g Platinnitrat als ein Pt-Metall enthielt, eine wässrige Lösung, die ein Äquivalent von 0,20 g Palladiumnitrat als ein Pd-Metall enthielt, 25 g Aluminiumoxid und 70 g reines Wasser wurden gemischt und anschließend bei 100 °C getrocknet und bei 500 °C gebrannt, um ein Pt/Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 4c herzustellen.
  • Eine wässrige Lösung, die ein Äquivalent von 0,60 g Palladiumnitrat als ein Pd-Metall, 40 g Aluminiumoxid und 120 g reines Wasser enthielt, wurde gemischt und anschließend bei 100 °C getrocknet und bei 500 °C gebrannt, um ein Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 4d herzustellen.
  • Die gesamte Menge des oben erhaltenen Pt/Pd tragenden Aluminiumoxidpulvers 4c, die gesamte Menge des oben erhaltenen Pd tragenden Aluminiumoxidpulvers 4d, 30 g β-Zeolithpulver, 4,0 g Aluminiumoxidsol als Feststoff und 240 g reines Wasser wurde gemischt und dann so bemessen, dass die Aufschlämmung 4B erhalten worden ist.
  • Die Zusammensetzungen der Rohmaterialien, die bei den Herstellungsbeispielen 4A und 4B verwendet wurden, sind in der Tabelle 4 zusammengefasst.
    Tabelle 4 Herstellung einer Aufschlämmung zur Bildung einer Vergleichskatalysatorbeschichtungsschicht
    Aufschlämmung Edelmetall tragendes Oxid Andere Komponenten
    Art Platinnitrat (g Pt)) Palladiumnitrat (g Pd) Pt/Pd (wt/wt) Aluminiumoxid (g) β-Zeolith (g) Aluminiumoxidsol (g Feststoffanteil)
    Herstellungsbeispiel 4A Aufschlämmung 4A Pt/Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 2,00 1,00 2,00 50,0 40,0 4,0
    Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 0 0,60 0 40,0
    gesamte Menge der Aufschlämmung 2,00 1,60 1,25 90,0
    Herstellungsbeispiel 4B Aufschlämmung 4B Pt/Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 1,00 0,20 5,00 25,0 30,0 4,0
    Pd tragendes Aluminiumoxidpulver 0 0,60 0 40,0
    gesamte Menge der Aufschlämmung 1,00 0,80 1,25 65,0
  • « Beispiel 1 »
  • <Herstellung einer Katalysatorvorrichtung >
  • Eine Katalysatorvorrichtung, die die Konfiguration der Katalysatorbeschichtungsschichten, die in der 2(a) gezeigt ist, aufwies, wurde unter Verwendung eines Cordierit-Durchfluss-Wabensubstrats, das einen Durchmesser von 129 mm und einer Länge von 150 mm (Volumen: 1,96 l) aufwies, für das Substrat 5 hergestellt. Die Katalysatorvorrichtung wurde wie nachstehend angegeben hergestellt.
  • Die gesamte Menge der Aufschlämmung 3A, die gemäß dem Herstellungsbeispiel 3A hergestellt worden ist, wurde am Abgasauslassende des Substrats 5 angeordnet, gefolgt von einem Ansaugen von dem Abgaseinlassende an dem gegenüberliegenden Ende, um sie so zu beschichten, dass die Länge der Beschichtungsschicht gleich 80 % der Länge d des Substrats 5 von dem Abgasauslassende des Substrats 5 war.
  • Die Beschichtungsschicht wurde bei 100 °C getrocknet, gefolgt von einer Wärmebehandlung bei 500 °C, um die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht 3 auf dem Substrat 5 zu bilden. Diese dritte Katalysatorbeschichtungsschicht 3, die sich von dem Abgasauslassende des Substrats 5 in der stromaufwärtigen Richtung des Abgasstroms erstreckte, war vorhanden und die Länge L3 der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3 betrug 80 % der Länge d des Substrats 5.
  • Die gesamte Menge der Aufschlämmung 2A, die gemäß dem Herstellungsbeispiel 2A hergestellt worden ist, wurde an dem Abgasauslassende des Substrats 5 angeordnet, nachdem die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht 3 gebildet worden ist, gefolgt von einem Ansaugen von dem Abgaseinlassende auf der gegenüberliegenden Seite, um sie so zu beschichten, dass die Länge der Beschichtungsschicht gleich 80 % der Länge d des Substrats 5 von dem Abgasauslassende des Substrats 5 betrug.
  • Die Beschichtungsschicht wurde bei 100 °C getrocknet, gefolgt von einer Wärmebehandlung bei 500 °C, um die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht 2 in der oberen Schicht der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3 auf dem Substrat 5 zu bilden. Diese zweite Katalysatorbeschichtungsschicht 2, die sich von dem Abgasauslassende des Substrats 5 in der stromaufwärtigen Richtung der Abgasströmung erstreckte, war in der oberen Schicht der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3 vorhanden und die Länge L2 der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2 betrug 80 % der Länge d des Substrats 5.
  • Die gesamte Menge der Aufschlämmung 1A, die gemäß dem Herstellungsbeispiel 1A hergestellt worden ist, wurde auf dem Abgaseinlassende des Substrats 5 angeordnet, nachdem die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht 2 und die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht 3 gebildet worden waren, gefolgt von einem Ansaugen von dem Abgasauslassende an dem gegenüberliegenden Ende, um sie so zu beschichten, dass die Länge der Beschichtungsschicht gleich 40 % der Länge d des Substrats 5 von dem Abgaseinlassende des Substrats 5 betrug.
  • Die Beschichtungsschicht wurde bei 100 °C getrocknet, gefolgt von einer Wärmebehandlung bei 500 °C, um die erste Katalysatorbeschichtungsschicht 1 auf dem Substrat 5, das die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht 2 und die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht 3 aufwies, zu bilden und eine Katalysatorvorrichtung zu erzeugen. Diese erste Katalysatorbeschichtungsschicht 1, die sich von dem Abgaseinlassende des Substrats 5 in der stromabwärtigen Richtung des Abgasstroms erstreckte, war vorhanden und die Länge L1 der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 1 betrug 40 % der Länge d des Substrats 5. Die erste Beschichtungsschicht 1 war die oberste Schicht in dem beschichteten Bereich der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 1 und der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2 und der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3.
  • <Bewertung der Katalysatorvorrichtung>
  • Nach der Durchführung einer Dauerbeanspruchungsbehandlung in einer mageren Atmosphäre wurde die Katalysatorvorrichtung in den Abgasweg eines Dieselmotors gemeinsamer Leitung (Common-Rail) mit einer Verdrängung von 2500 cm3 eingebaut, gefolgt von einer Messung der HC-Reinigungsrate, der NO2-Bildungsrate und der CO-Reinigungsrate. Der Motor wurde im NEFZ-Modus (New European Driving Cycle) betrieben. Genauer gesagt, nachdem die durchschnittliche Abgastemperatur während des Betriebs durch ein Einstellen der Last auf 160 °C eingestellt worden war, wurde der Motor im NEFZ-Modus betrieben, gefolgt von einem Messen der gesamten Menge jedes Gases, das im Abgas während des Betriebs im NEFZ-Modus vorhanden war, an dem Einlass und dem Auslass der Katalysatorvorrichtung. Die HC-Reinigungsrate, die NO2-Bildungsrate und die CO-Reinigungsrate während des Betriebs im NEFZ-Modus wurden dann berechnet, indem die sich daraus ergebenden gemessenen Werte in die unten angegebenen Gleichungen eingesetzt wurden. Als ein Ergebnis betrug die HC-Reinigungsrate 83 %, betrug die NO2-Bildungsrate 30 % und betrug die CO-Reinigungsrate 85 %. HC Reinigungsrate ( % ) = Menge an HC ( g ) am Einlass der Katalysatorvorrichtung − Menge an HC ( g ) am Auslass der Katalysatorvorrichtung Menge an HC ( g ) am Einlass der Katalysatorvorrichtung × 100 NO 2  Bildungsrate ( % ) = Menge an NO 2 ( g ) am Auslass der Katalysatorvorrichtung Menge an NO 2 ( g ) am Einlass der Katalysatorvorrichtung × 100 CO Reinigungsrate ( % ) = Menge an CO ( g ) am Einlass der Katalysatorvorrichtung − Menge an CO ( g ) am Auslass der Katalysatorvorrichtung Menge an CO ( g ) am Einlass der Katalysatorvorrichtung × 100
    Figure DE102018216324B4_0001
  • «Beispiele 2 bis 6 und Vergleichsbeispiele 1 bis 7»
  • Die Katalysatorvorrichtungen, die die Konfigurationen der Katalysatorbeschichtungsschichten aufwiesen, die in der 2(a) gezeigt sind, wurden auf die gleiche Weise wie bei dem Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt und bewertet, dass die Aufschlämmungen, die zur Bildung jeder von der ersten bis zu der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht verwendet wurden, jeweils auf die Werte geändert worden sind, die in der Tabelle 5 beschrieben sind. Die Bewertungsergebnisse sind in der Tabelle 6 zusammen mit den Bewertungsergebnissen für das Beispiel 1 gezeigt.
  • «Vergleichsbeispiel 8»
  • Eine Katalysatorvorrichtung, die die Konfiguration der Katalysatorbeschichtungsschichten aufwies, die in der 2 (b) gezeigt ist, wurde hergestellt und bewertet. Die spezifische Herstellung und die Auswertung wurden in der unten angegebenen Weise durchgeführt. Das gleiche wabenförmige Substrat von dem Typ Durchfluss wie das, das bei dem Beispiel 1 verwendet worden ist, wurde für das Substrat 5 verwendet.
  • <Herstellung der Katalysatorvorrichtung >
  • Die gesamte Menge der Aufschlämmung 2A, die gemäß dem Herstellungsbeispiel 2A hergestellt worden ist, wurde an dem Abgasauslassende des Substrats 5 angeordnet, gefolgt von einem Ansaugen von dem Abgaseinlassende an dem gegenüberliegenden Ende, um die Länge der Beschichtungsschicht so zu beschichten, dass sie gleich 80 % der Länge d des Substrats 5 von dem Abgasauslassende des Substrats 5 war.
  • Die Beschichtungsschicht wurde bei 100 °C getrocknet, gefolgt von einer Wärmebehandlung bei 500 °C, um die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht 2 auf dem Substrat 5 zu bilden. Diese zweite Katalysatorbeschichtungsschicht 2, die sich von dem Abgasauslassende des Substrats 5 in der stromaufwärtigen Richtung des Abgasstroms erstreckte, war vorhanden und die Länge L2 der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2 betrug 80 % der Länge d des Substrats 5.
  • Die gesamte Menge der Aufschlämmung 4A, die gemäß dem Herstellungsbeispiel 4A hergestellt worden ist, wurde an dem Abgaseinlassende des Substrats 5 angeordnet, gefolgt von einem Ansaugen von dem Abgasauslassende an dem gegenüberliegenden Ende, um die Länge der Beschichtungsschicht so zu beschichten, dass sie gleich 40 % der Länge d des Substrats 5 von dem Abgaseinlassende des Substrats 5 war.
  • Die Beschichtungsschicht wurde bei 100 ° C getrocknet, gefolgt von einer Wärmebehandlung bei 500 ° C, um die erste Katalysatorbeschichtungsschicht 1 auf dem Substrat 5, das die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht 2 aufwies, zu bilden und eine Katalysatorvorrichtung herzustellen. Diese erste Katalysatorbeschichtungsschicht 1, die sich von dem Abgaseinlassende des Substrats 5 in der stromabwärtigen Richtung des Abgasstroms erstreckte, war vorhanden und die Länge L1 der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 1 betrug 40 % der Länge d des Substrats 5. Die erste Katalysatorbeschichtungsschicht 1 war die oberste Schicht in dem beschichteten Bereich der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 1 und der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2.
  • <Bewertung der Katalysatorvorrichtung>
  • Die sich daraus ergebende Katalysatorvorrichtung wurde auf die gleiche Weise wie bei dem Beispiel 1 bewertet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 6 gezeigt.
  • <Vergleichsbeispiel 9>
  • Eine Katalysatorvorrichtung, die die in der 2(b) gezeigte Konfiguration der Katalysatorbeschichtungsschichten aufweis, wurde auf die gleiche Weise wie bei dem Vergleichsbeispiel 8 mit der Ausnahme hergestellt und bewertet, dass die Aufschlämmungen, die zur Bildung der ersten und zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht verwendet worden, jeweils auf die Werte geändert worden sind, die in der Tabelle 5 beschrieben wurden. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 6 gezeigt.
    Tabelle 5: Herstellung der Oxidationskatalysatorvorrichtungen zur Abgasreinigung
    Erste Katalysatorbeschichtungsschicht Zweite Katalysatorbeschichtungsschicht Dritte Katalysatorbeschichtungsschicht
    Aufschlämmung WPt1/WPd1 Verhältnis der Länge * 1) Aufschlämmung WPt2/WPd2 Verhältnis der Länge *2) Aufschlämmung WPt3/WPd3 Verhältnis der Länge *2)
    Beispiel 1 Aufschlämmung 1A 2,00 40% Aufschlämmung 2A 5,00 80% Aufschlämmung 3A 0 80%
    Beispiel 2 Aufschlämmung 1C 1,00 40% Aufschlämmung 2A 5,00 80% Aufschlämmung 3A 0 80%
    Beispiel 3 Aufschlämmung 1B 4,00 40% Aufschlämmung 2A 5,00 80% Aufschlämmung 3A 0 80%
    Beispiel 4 Aufschlämmung 1A 2,00 40% Aufschlämmung 2C 9,91 80% Aufschlämmung 3A 0 80%
    Beispiel 5 Aufschlämmung 1A 2,00 40% Aufschlämmung 2B 19,0 80% Aufschlämmung 3A 0 80%
    Beispiel 6 Aufschlämmung 1A 2,00 40% Aufschlämmung 2A 5,00 80% Aufschlämmung 3B 0,09 80%
    Vergleichsbeispiel 1 Aufschlämmung 1E 0,50 40% Aufschlämmung 2A 5,00 80% Aufschlämmung 3A 0 80%
    Vergleichsbeispiel 2 Aufschlämmung 1D 5,00 40% Aufschlämmung 2A 5,00 80% Aufschlämmung 3A 0 80%
    Vergleichsbeispiel 3 Aufschlämmung 1A 2,00 40% Aufschlämmung 2E 4,00 80% Aufschlämmung 3A 0 80%
    Vergleichsbeispiel 4 Aufschlämmung 1A 2,00 40% Aufschlämmung 2D 29,0 80% Aufschlämmung 3A 0 80%
    Vergleichsbeispiel 5 Aufschlämmung 1A 2,00 40% Aufschlämmung 2A 5,00 80% Aufschlämmung 3D 0,13 80%
    Vergleichsbeispiel 6 Aufschlämmung 1A 2,00 40% Aufschlämmung 2A 5,00 80% Aufschlämmung 3C 0,20 80%
    Vergleichsbeispiel 7 Aufschlämmung 1A 2,00 40% Aufschlämmung 2A 5,00 80% Aufschlämmung 3E 2,00 80%
    Vergleichsbeispiel 8 Aufschlämmung 4A 1,25 40% Aufschlämmung 2A 5,00 80% - - -
    Vergleichsbeispiel 9 Aufschlämmung 1A 2.00 40% Aufschlämmung 4B 1,25 80% - - -
    * 1) Verhältnis der Länge der Katalysatorbeschichtungsschicht von dem Gaseinlassende des Wabensubstrats zur gesamten Länge des Substrats (%)
    * 2) Verhältnis der Länge der Katalysatorbeschichtungsschicht von dem Gasauslassende des Wabensubstrats zur gesamten Länge des Substrats (%)
  • Figure DE102018216324B4_0002
  • Die Verhältnisse WPt1/WPd1, WPt2/WPd2 und WPt3/WPd3 in den Tabellen 5 und 6 beziehen sich auf das Verhältnis des Gewichts des Platins WPt1, WPt2 oder WPt3 und des Gewichts des Palladiums WPd1, WPd2 oder WPd3 in der erste bis zu der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht.
  • Mit Bezug auf die Tabelle 6 waren bei den Katalysatorvorrichtungen des Vergleichsbeispiels 1, beim dem das Verhältnis WPt1/WPd1 des Gewichts des Platins WPt1 zu dem Gewicht des Palladiums WPd1 in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht unter dem vorgeschriebenen Bereich der vorliegenden Erfindung liegt, und bei dem Vergleichsbeispiel 2, bei dem das Verhältnis WPt1/WPd1 des Gewichts des Gewichts WPt1 zu dem Gewicht des Palladiums WPd1 in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht den vorgeschriebenen Bereich der vorliegenden Erfindung überschreitet, die HC-Reinigungsraten niedrig und die CO-Reinigungsraten wiesen insbesondere niedrige Werte auf. Im Gegensatz dazu betrug bei den Katalysatorvorrichtungen der Beispiele 1 bis 3, bei denen das Verhältnis WPt1/WPd1 zwischen den zwei Parametern in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht innerhalb des vorgeschriebenen Bereichs der vorliegenden Erfindung liegt, die HC-Reinigungsrate 78 % oder mehr und betrug die NO2-Bildungsrate 28 % oder mehr und betrug die CO-Reinigungsrate 80 % oder mehr, wobei hohe Werte für alle Parameter gezeigt wurden.
  • Es wird angenommen, dass der Grund für die niedrigen HC- und CO-Reinigungsraten bei den Katalysatorvorrichtungen der Vergleichsbeispiele 1 und 2 in dem Verhältnis WPt1/WPd1 des Gewichts des Platins WPt1 zu dem Gewicht des Palladiums WPd1 liegt, bei dem die erste Katalysatorbeschichtungsschicht nicht zur HC-Reinigung geeignet ist. Denn in den Katalysatorvorrichtungen der Vergleichsbeispiele 1 und 2 werden die HC, die in dem Abgas vorhanden ist, das in die Katalysatorvorrichtung geströmt ist, selbst nach einem Passieren der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht auf einer hohen HC-Konzentration gehalten, ohne durch die erste Katalysatorbeschichtungsschicht ausreichend gereinigt worden zu sein, und das Pd, das in der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht vorhanden ist, wird durch die HC vergiftet, und es wird angenommen, dass dies das Leistungsvermögen der CO-Reinigung der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht beeinträchtigt.
  • Im Gegensatz dazu wird angenommen, dass bei den Katalysatorvorrichtungen der Beispiele 1 bis 3 das Verhältnis WPt1/WPd1 des Gewichts des Platin WPt1 zu dem Gewicht des Palladiums WPd1 in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht für die HC-Reinigung geeignet ist. Folglich ist die HC-Konzentration in dem Abgas, das in die Katalysatorvorrichtung strömt, ausreichend niedrig, nachdem es die erste Katalysatorbeschichtungsschicht passiert hat, und eine Vergiftung des Pd, das in der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht vorliegt, wird verhindert, und daher wird angenommen, dass die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht das beabsichtigte Niveau des Leistungsvermögens der CO-Reinigung gezeigt hat.
  • Unter Bezugnahme auf die Tabelle 6 zeigten die Katalysatorvorrichtungen des Vergleichsbeispiels 3, bei denen das Verhältnis WPt2/WPd2 des Gewichts des Platins WPt2 zu dem Gewicht des Palladiums WPd2 in der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht unterhalb des vorgeschriebenen Bereichs der vorliegenden Erfindung liegt, und das Vergleichsbeispiel 4, bei dem das Verhältnis WPt2/WPd2 des Gewichts des Platins WPt2 zu dem Gewicht des Palladiums WPd2 in der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht den vorgeschriebenen Bereich der vorliegenden Erfindung überschreitet, niedrige Werte für die NO2-Bildungsrate. Im Gegensatz dazu zeigten die Katalysatorvorrichtungen der Beispiele 1, 4 und 5, bei denen das Verhältnis WPt2/WPd2 zwischen den zwei Parametern in der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht innerhalb des vorgeschriebenen Bereichs der vorliegenden Erfindung liegt, hohe Werte von 30 % oder mehr für die NO2-Bildungsrate. Wenn das Verhältnis WPt2/WPd2 des Gewichts des Platins WPt2 zu dem Gewicht des Palladiums WPd2 in der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht innerhalb des vorgeschriebenen Bereichs der vorliegenden Erfindung liegt, werden sowohl eine Beschleunigung der Oxidationsreaktion durch das Pt als auch eine Wärmebeständigkeit durch das Pd verwirklicht, und dies soll eine geeignete NO2-Bildung durch eine Oxidation von NO ermöglicht haben.
  • Auf ähnliche Weise zeigten die Katalysatorvorrichtungen der Vergleichsbeispiele 5 bis 7, bei denen das Verhältnis WPt3/WPd3 des Gewichts des Platins WPt3 zu dem Gewicht des Palladiums WPd3 in der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht außerhalb des vorgeschriebenen Bereichs vorliegenden Erfindung liegt, niedrige Werte für die CO-Reinigungsrate. Im Gegensatz dazu zeigten die Katalysatorvorrichtungen der Beispiele 1 bis 6, bei denen das Verhältnis WPt3/WPd3 zwischen diesen zwei Parametern in der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht innerhalb des vorgeschriebenen Bereichs der vorliegenden Erfindung liegt, alle hohe Werte für die CO-Reinigungsrate von 82 % oder mehr. Das Verhältnis WPt3/WPd3 des Gewichts des Platins WPt3 zu dem Gewicht des Palladiums WPd3 in der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht, das innerhalb des vorgeschriebenen Bereichs der vorliegenden Erfindung liegt, bedeutet, dass das Verhältnis in dem Bereich liegt, der für die Oxidation und die Reinigung von CO geeignet ist.
  • Gemäß der Tabelle 6 zeigten die Katalysatorvorrichtungen der Vergleichsbeispiele 8 und 9, die nur zwei Katalysatorbeschichtungsschichten aufweisen, nicht gleichzeitig hohe Werte für die HC-Reinigungsrate, die CO-Reinigungsrate und die NO2-Bildungsrate. Es wird angenommen, dass dies auf die Unfähigkeit zurückzuführen ist, die drei Reaktionen der HC-Oxidation, der CO-Oxidation und der NO-Oxidation mit nur zwei Katalysatorbeschichtungsschichten zu ermöglichen, da die geeigneten Werte für das Verhältnis zwischen dem Gewicht des Platins und dem Gewicht des Palladiums sich für jede Reaktion voneinander unterscheiden.
  • «Beispiele 7 bis 12 und Vergleichsbeispiele 10 bis 15»
  • Die Katalysatorvorrichtungen, die die Konfigurationen der Katalysatorbeschichtungsschichten aufwiesen, die jeweils in den 3(a) bis 3(d), den 4(a) bis 4(d) und den 5(a) bis 5(d) gezeigt sind, wurden hergestellt und bewertet.
  • 1 <Herstellung der Katalysatorvorrichtungen >
  • Die Katalysatorvorrichtungen wurden jeweils auf die gleiche Weise wie bei dem Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, dass das Verhältnis der Länge jeder Beschichtungsschicht von dem Ende zu der Länge d des Substrats 5 geändert wurde, um die Längen L1, L2, L3 der ersten bis zu der dritten Beschichtungsschicht 1, 2, 3 auf die Werte zu bringen, die jeweils in der Tabelle 7 beschrieben werden, indem jede der vorgeschriebenen Aufschlämmungen zur Bildung der Katalysatorbeschichtungsschichten am Abgaseintrittsende oder Abgasaustrittsende des Substrats 5 angeordnet wird, wenn die erste bis zu der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht gebildet werden, gefolgt von einem Einstellen des Ansaugluftvolumens beim Ansaugen von dem gegenüberliegenden Ende.
  • <Bewertung der Katalysatorvorrichtungen>
  • Die sich daraus ergebenden Katalysatorvorrichtungen wurden auf die gleiche Weise wie bei dem Beispiel 1 bewertet. Die Bewertungsergebnisse sind jeweils in der Tabelle 7 zusammen mit den Bewertungsergebnissen für das Beispiel 1 gezeigt.
  • Figure DE102018216324B4_0003
  • Die Verhältnisse WPt1/WPd1, WPt2/WPd2, WPt3/WPd3 in der Tabelle 7 beziehen sich jeweils auf das Verhältnis des Gewichts des Platins WPt1, WPt2, WPt3 und des Gewichts des Palladiums WPd1, WPd2, WPd3 in der ersten zu der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht.
  • Gemäß der Tabelle 7 zeigte das Vergleichsbeispiel 10, bei dem die Länge L1 der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 1 kleiner als der vorgeschriebene Bereich der vorliegenden Erfindung ist, niedrige Werte für die HC-Reinigungsrate und die CO-Reinigungsrate. Es wird angenommen, dass die HC-Oxidationsreaktion bei dem Vergleichsbeispiel 10 unzureichend abgelaufen ist, da die Länge L1 der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 1 übermäßig kurz war. Folglich wird die HC-Konzentration selbst nach dem Passieren der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht auf einem hohen Wert gehalten, und es wird angenommen, dass die CO-Reinigungsleistung der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht durch eine HC-Vergiftung des Pd in der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht beeinträchtigt worden ist.
  • Die Katalysatorvorrichtung des Vergleichsbeispiels 11, bei dem die Länge L1 der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 1 den vorgeschriebenen Bereich der vorliegenden Erfindung überschritt, zeigte einen niedrigen Wert für die HC-Reinigungsrate und die CO-Reinigungsrate und die NO2-Bildungsrate hat keinen hohen Wert gezeigt.
  • Da bei dem Vergleichsbeispiel 11 die Länge L1 der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 1 übermäßig lang ist, sind das in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 1 enthaltene Platin und Palladium über eine übermäßige Länge verteilt vorhanden. Folglich sind die Konzentrationen des Platins und des Palladiums in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 1 pro Längeneinheit gering, und die durch die Oxidation von HC erzeugte Wärmemenge ist unzureichend und dies soll die „Zündung“ der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 1 verhindert haben. Folglich wird die HC-Konzentration selbst nach dem Passieren der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht auf einem hohen Wert gehalten, und es wird angenommen, dass das Leistungsvermögen der CO-Reinigung der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht durch eine HC-Vergiftung des Pd in der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht beeinträchtigt worden ist.
  • Es wird angenommen, dass der Grund für die niedrige NO-Bildungsrate in der Katalysatorvorrichtung des Vergleichsbeispiels 11 darin begründet ist, dass die Länge L1 der oberen Schicht in Form der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht übermäßig lang ist, was zu einer Erhöhung des Verhältnis des Bereiches der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2 führt, die als die untere Schicht dient, was wiederum die Adsorption des NO an den aktiven Stellen der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2 inhibierte.
  • Im Gegensatz dazu betrug bei den Katalysatorvorrichtungen der Beispiele 1, 7 und 8, bei denen die Länge L1 der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 1 innerhalb des vorgeschriebenen Bereichs der vorliegenden Erfindung liegt, die HC-Reinigungsrate 81 % oder mehr, betrug die NO2-Bildungsrate 28 % oder mehr und betrug die CO-Reinigungsrate 82 % oder mehr, wobei hohe Werte für alle Parameter gezeigt worden sind.
  • Die NO2-Bildungsrate war bei dem Vergleichsbeispiel 12 niedrig, bei dem die Länge L2 der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2 unterhalb des vorgeschriebenen Bereichs der vorliegenden Erfindung lag. Da bei dem Vergleichsbeispiel 12 die Länge L2 der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2 übermäßig kurz ist, wird angenommen, dass die NO2-Bildungsreaktion durch die NO-Oxidation nicht ausreichend fortgeschritten ist.
  • Andererseits war die NO2-Bildungsrate in der Katalysatorvorrichtung des Vergleichsbeispiels 13 niedrig, bei der die Länge L2 der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2 den vorgeschriebenen Bereich der vorliegenden Erfindung überschreitet und die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht 2 die gleiche Länge wie die Länge d des Substrats 5 hat. Bei der Katalysatorvorrichtung des Vergleichsbeispiels 13 ist die Länge L2 der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2 gleich der Länge d des Substrats 5, und das vordere Ende davon ist dem einströmenden Abgas ausgesetzt. Folglich stellen die HC einen direkten Kontakt mit dem vorderen Ende der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2 her, während sie sich noch in einer hohen Konzentration befinden, bevor sie gereinigt werden, und dies führt zu einer Vergiftung des Pd durch die HC, wodurch bewirkt wird, dass das Leistungsvermögen der NO-Oxidation der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2 beeinträchtigt wird.
  • Im Gegensatz dazu zeigten die Katalysatorvorrichtungen der Beispiele 1, 9 und 10, bei denen die Länge L2 der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 2 innerhalb des vorgeschriebenen Bereichs der vorliegenden Erfindung liegt, hohe NO2-Bildungsraten von 24 % oder mehr.
  • Gemäß der Tabelle 7 waren die CO-Reinigungsraten bei den Katalysatorvorrichtungen des Vergleichsbeispiels 14, bei denen die Länge L3 der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3 kürzer als die Länge d des Substrats 5 ist, und bei dem Vergleichsbeispiel 15 niedrig, bei dem die Länge L3 der dritten Katalysatorschicht 3 den vorgeschriebenen Bereich der vorliegenden Erfindung überschreitet und gleich der Länge d des Substrats 5 ist.
  • Es wird angenommen, dass die CO-Reinigungsrate bei dem Vergleichsbeispiel 14 niedrig ist, bei dem die Länge L3 der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3 übermäßig kurz ist, da die CO-Oxidationsreaktion nicht ausreichend fortschreitet.
  • Bei der Katalysatorvorrichtung des Vergleichsbeispiels 15 ist die Länge L3 der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3 gleich der Länge d des Substrats 5, und das vordere Ende davon ist dem einströmenden Abgas ausgesetzt. Folglich stellen die HC direkt vor dem Reinigen einen direkten Kontakt mit dem vorderen Ende der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3 her, während sie sich noch in einer hohen Konzentration befinden, und dies hat vermutlich zur Vergiftung des Pd, das in der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3 vorliegt, durch die HC in dem einströmenden Abgas geführt, wodurch bewirkt wird, dass das Leistungsvermögen der CO-Reinigung der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3 beeinträchtigt wird. Im Gegensatz dazu zeigten die Katalysatorvorrichtungen der Beispiele 1, 11 und 12, bei denen die Länge L3 der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 3 innerhalb des vorgeschriebenen Bereichs der vorliegenden Erfindung liegt, hohe CO-Reinigungsraten von 83 % oder mehr.
  • Wie oben erläutert wurde, weist die Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung der vorliegenden Erfindung eine erste Katalysatorbeschichtungsschicht auf der stromaufwärtigen Seite des Abgasstroms, eine zweite Katalysatorbeschichtungsschicht einer oberen Schicht auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms und eine dritte Katalysatorbeschichtungsschicht einer unteren Schicht auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms auf, und die Längen und Verhältnisse zwischen dem Gewicht des Platins und dem Gewicht des Palladiums in jeder von der ersten bis zu der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht werden eingestellt, um innerhalb der optimale Bereiche zu liegen. Folglich ist die Katalysatorvorrichtung der vorliegenden Erfindung in der Lage, die NO2-Bildung und die CO-Reinigung durch eine HC-Oxidation und eine NO-Oxidation mit einer hohen Effizienz durchzuführen, und sie ist äußerst geeignet zur Verwendung als zum Beispiel ein DOC in einem Katalysatorsystem zur Abgasreinigung bei einem Dieselmotor.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    erste Katalysatorbeschichtungsschicht
    2
    zweite Katalysatorbeschichtungsschicht
    3
    dritte Katalysatorbeschichtungsschicht
    5
    Substrat
    d
    Länge des Substrats
    L1
    Länge der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht
    L2
    Länge der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht
    L3
    Länge der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht

Claims (9)

  1. Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung, die ein Substrat (5) und eine erste bis eine dritte Katalysatorbeschichtungsschicht (1, 2, 3) auf dem Substrat (5) aufweist, wobei Die erste Katalysatorbeschichtungsschicht (1) auf der stromaufwärtigen Seite des Abgasstroms vorhanden ist, die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht (2) in einer oberen Schicht auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms vorhanden ist und die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht (3) in einer unteren Schicht auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms vorhanden ist, die erste Katalysatorbeschichtungsschicht (1) Platin und Palladium enthält und ein Verhältnis WPt1/WPd1 des Gewichts des Platins WPt1 zu dem Gewicht des Palladiums WPd1 größer als 0,75 und kleiner als 4,50 ist, die zweite Katalysatorbeschichtungsschicht (2) Platin und Palladium enthält und das Verhältnis WPt2/WPd2 des Gewichts des Platins WPt2 zu dem Gewicht des Palladiums WPd2 größer als 4,50 und kleiner als 25,0 ist, die dritte Katalysatorbeschichtungsschicht (3) mindestens Palladium enthält und das Verhältnis WPt3/WPd3 des Gewichts des Platins WPt3 zu dem Gewicht des Palladiums WPd3 0,12 oder weniger beträgt, die Länge (L1) der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht 8 % bis 55 % der Länge (d) des Substrats (5) beträgt, die Länge (L2) der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht 45 % bis 95 % der Länge (d) des Substrats (5) beträgt und die Länge (L3) der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht 45 % bis 95 % der Länge (d) des Substrats (5) beträgt.
  2. Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung nach Anspruch 1, wobei das Substrat (5) über seine gesamte Länge mit mindestens einer von der ersten bis zu der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht (1, 2, 3) bedeckt ist.
  3. Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung nach Anspruch 1 oder 2, die einen geschichteten Bereich aufweist, in dem die erste Katalysatorbeschichtungsschicht (1) und mindestens eine von der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht (2) und der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht (2) geschichtet sind, und wobei die erste Katalysatorbeschichtungsschicht (1) die obere Schicht in dem Schichtbereich ist.
  4. Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Länge (L1) der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht (1) 10 % bis 50 % der Länge des Substrats beträgt, die Länge (L2) der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht (2) 50 % bis 90 % der Länge des Substrats beträgt und die Länge (L3) der dritten Katalysatorbeschichtung (3) 50 % bis 90 % der Länge des Substrats beträgt.
  5. Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verhältnis WPt1/WPd1 des Gewichts des Platins WPt1 zu dem Gewicht des Palladiums WPd1 in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht (1) größer als 1,00 und kleiner als 4,00 ist, das Verhältnis WPt2/WPd2 des Gewichts des Platins WPt2 zu dem Gewicht des Palladiums WPd2 in der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht (2) größer als 5,00 und kleiner als 20,0 ist und das Verhältnis WPt3/WPd3 des Gewichts des Platins WPt3 zu dem Gewicht des Palladiums WPd3 in der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht (3) 0,10 oder weniger beträgt.
  6. Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Summe des Gewichtes des Platins und des Gewichtes des Palladiums in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht (1) größer als die Summe des Gewichts des Platins und des Gewichtes des Palladiums in der zweiten Katalysatorbeschichtungsschicht (2) und der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht (3) ist.
  7. Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Platin und Palladium in der ersten Katalysatorbeschichtungsschicht (1) bis zu der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht (3) auf Teilchen aus einer oder mehreren Arten von Oxiden getragen werden, die aus Oxiden von Al, Si, Ce und Zr ausgewählt worden sind.
  8. Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Katalysatorbeschichtungsschicht (1) bis zu der dritten Katalysatorbeschichtungsschicht (3) Teilchen aus einer oder mehreren Arten von Oxiden enthalten, die aus Oxiden von Al, Si, Ce und Zr ausgewählt worden sind, auf denen Platin und Palladium nicht getragen werden.
  9. Katalysatorsystem zur Abgasreinigung, welches die Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung zur Abgasreinigung auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms davon aufweist.
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